FR3114989A1 - Dispositif d'enroulement filamentaire et procédé de réalisation d'un objet en matériau composite - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif (10) d'enroulement filamentaire continu autour d'un mandrin (14) s'étendant le long d'un axe (A1) principal le dispositif (10) comportant : - un support (20) de mandrin ; - un chariot (24) mobile ; - au moins un rotor (26) d'enroulement comportant un orifice (28) central destiné à recevoir le mandrin (14) et monté rotatif sur le chariot (24) autour d'un axe (A3) de rotation ; - au moins un support (38) de bobine ; caractérisé en ce que le rotor (26) d'enroulement est monté rotatif autour de son axe (A3) de rotation par rapport au support (38) de bobine, le rotor (26) d'enroulement comportant un mécanisme (42) d'accumulation d'un brin (12B) intermédiaire du matériau (12) filamentaire par enroulement dudit brin (12B) intermédiaire autour de l'orifice (28) central, le brin (12B) intermédiaire ainsi accumulé étant susceptible de glisser par rapport au mécanisme (42) d'accumulation. Figure pour l'abrégé : Figure 4

Description

Dispositif d'enroulement filamentaire et procédé de réalisation d'un objet en matériau composite

Domaine technique de l'invention

L'invention concerne un dispositif d'enroulement filamentaire continu autour d'un mandrin s'étendant le long d'un axe principal le dispositif comportant :

- un support de mandrin ;

- un chariot mobile ;

- au moins un rotor d'enroulement comportant un orifice central destiné à recevoir le mandrin et monté rotatif sur le chariot autour d'un axe de rotation ;

- au moins un support de bobine.

L'invention concerne aussi un procédé de réalisation d'un objet en matériau composite à partir d'un tel dispositif d'enroulement filamentaire.

Arrière-plan technique

Il est connu de réaliser des pièces en matériau composite au moyen d'un procédé d'enroulement filamentaire. Un tel procédé consiste à enrouler un matériau filamentaire souple et continu, par exemple des fils, des rubans ou des fibres, hélicoïdalement autour d'un mandrin qui peut former partie intégrante du produit final. L'enroulement est réalisé par plusieurs allers et retours le long du mandrin. Un aller et retour est généralement appelé "battement".

Pour fixer le matériau filamentaire et éventuellement procurer des propriétés mécaniques supplémentaires au matériau composite, il est connu de noyer le matériau filamentaire ainsi enroulé dans une matrice qui est généralement formée de résine.

Le matériau filamentaire peut être imprégné d'une résine juste avant son enroulement, par exemple en faisant passer un brin du matériau filamentaire situé entre une bobine et le mandrin dans un bac. Lors de son enroulement autour du mandrin, le matériau filamentaire est tiré, ce qui provoque le déroulement de la bobine et le passage du matériau filamentaire dans la résine.

En variante, il est aussi connu d'enrouler le matériau filamentaire à sec. L'objet intermédiaire ainsi obtenu peut ensuite être imprégné du matériau servant de matrice, par exemple de la résine.

L'invention est applicable à ces deux types d'enroulement.

Les dispositifs d'enroulement filamentaire connus permettent d'enrouler le matériau filamentaire autour de mandrins présentant un axe principal rectiligne. Le mandrin présente par exemple une forme de révolution.

Dans ce cas, le mandrin est généralement monté rotatif sur des moyens d'entraînement en rotation portés par un support fixe par rapport au sol. Un chariot comportant un moyen de guidage de fibre est déplacé selon deux directions pendant le procédé d'enroulement filamentaire.

Le chariot est tout d'abord déplacé en translation parallèlement à l'axe principal du mandrin pendant la rotation de celui-ci. Une extrémité libre du matériau filamentaire a été préalablement fixée au mandrin. La rotation du mandrin par rapport au chariot provoque l'enroulement du matériau filamentaire. Cela engendre une tension dans le matériau filamentaire qui se déroule ainsi automatiquement d'une bobine de réserve agencée soit dans le chariot, soit sur une partie fixe par rapport au support de mandrin.

Le chariot est aussi déplacé en translation selon une direction radiale par rapport à l'axe principal du mandrin. Ceci permet d'adapter la distance entre le chariot et le mandrin à mesure l'épaisseur de matériau filamentaire enroulé autour de celui-ci augmente.

Cette solution est parfaitement adaptée à des mandrins présentant un axe rectiligne, par exemple lorsque le mandrin est formé par une bouteille ou un tuyau. Cependant, lorsque le mandrin présente un axe curviligne, ce dispositif n'est plus applicable.

Il est aussi connu d'agencer un rotor sur le chariot. En ce cas, la bobine de réserve de matériau filamentaire est embarquée sur le rotor. Le mandrin est alors fixe par rapport à son support. C'est la rotation du rotor qui provoque l'enroulement du matériau filamentaire autour du mandrin.

Cette solution est parfaitement adaptée à des mandrins présentant un axe rectiligne ou curviligne, tant que la forme du mandrin laisse suffisamment de place pour permettre au rotor équipé de sa bobine de réserve de tourner. Par exemple, un tel dispositif est adapté pour des mandrins de forme torique qui présentent une ouverture centrale suffisamment grande pour permettre le passage de la bobine de réserve qui tourne solidairement avec le rotor.

Cependant, aucun de ces dispositifs d'enroulement filamentaire n'est applicable à des mandrins présentant une forme plus complexe, notamment à des mandrins ne permettant pas le passage du rotor équipé de sa bobine de réserve dans certaines sections trop étroites. Par exemple, la réalisation de ressorts hélicoïdaux de taille moyenne, tels que des ressorts destinés à la suspension de véhicules automobiles, n'est pas possible.

Pour cette raison, de tels ressorts en matériau composite sont aujourd'hui réalisés par enroulement autour d'un mandrin rectiligne qui est ensuite déformé plastiquement par enroulement hélicoïdal autour d'un cylindre de formage.

Un tel procédé de réalisation d'un ressort en matériau composite, ou de tout autre objet de forme complexe, n'est pas satisfaisant car la conformation de l'objet après enroulement risque provoquer une dégradation du matériau composite. En outre un tel procédé de réalisation est onéreux car il présente de nombreuses étapes supplémentaires dont certaines sont réalisées manuellement.

En outre, il est généralement nécessaire d'investir dans un moule de formage ne permettant de réaliser qu'une seule géométrie d'objet. Un tel procédé est donc peu flexible.

L'invention propose un dispositif d'enroulement filamentaire continu autour d'un mandrin s'étendant le long d'un axe principal, rectiligne ou curviligne, le dispositif comportant :

- un support de mandrin sur lequel le mandrin est destiné à être fixé ;

- un chariot qui est monté mobile en coulissement par rapport au support de mandrin le long de l'axe principal du mandrin ;

- au moins un rotor d'enroulement qui comporte un orifice central destiné à recevoir le mandrin et qui est monté rotatif sur le chariot autour d'un axe de rotation globalement coaxial à l'orifice central ;

- au moins un support de bobine qui est destiné à recevoir une bobine comportant une réserve de matériau filamentaire ;

- un organe de guidage qui est solidaire en rotation avec le rotor d'enroulement et qui permet de guider un brin du matériau filamentaire, dit brin radial, se déroulant de la bobine vers l'orifice central pour l'enrouler autour du mandrin par rotation du rotor d'enroulement ;

caractérisé en ce que le rotor d'enroulement est monté rotatif autour de son axe de rotation par rapport au support de bobine, le rotor d'enroulement comportant un mécanisme d'accumulation d'un brin intermédiaire du matériau filamentaire situé directement en amont de l'organe de guidage par enroulement dudit brin intermédiaire autour de l'orifice central pour former une bobine d'accumulation, la bobine d'accumulation étant susceptible de glisser par rapport au mécanisme d'accumulation pour permettre l'enroulement du brin radial autour du mandrin .

Selon une autre caractéristique de l'invention, le support de bobine est monté sur le chariot.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le support de bobine est monté fixe par rapport au support de mandrin.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le mécanisme d'accumulation comporte une pluralité de rouleaux qui sont montés rotatifs sur le rotor et qui sont répartis autour de l'orifice central.

Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins l'un des rouleaux du mécanisme d'accumulation, dit rouleau tendeur, est monté mobile radialement sur le rotor.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les déplacements radiaux de l'au moins un rouleau tendeur sont commandés activement.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le rotor présente une forme annulaire fermée.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le rotor présente une forme annulaire ouverte par un segment destiné à permettre l'insertion radiale du mandrin dans l'orifice central.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'enroulement filamentaire comporte des moyens commandés d'entraînement en rotation du rotor dans les deux sens autour de son axe de rotation.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'enroulement filamentaire comporte deux rotors agencés l'un à la suite de l'autre selon la direction de l'axe de rotation.

L'invention propose aussi un procédé de réalisation d'un objet en matériau composite mettant en œuvre le dispositif d'enroulement filamentaire selon les enseignements de l'invention, comportant une phase d'enroulement filamentaire au cours de laquelle le chariot se déplace par allers et retours successifs le long de l'axe du mandrin qui est reçu dans l'orifice central du rotor, caractérisé en ce que la phase d'enroulement filamentaire comporte au moins un cycle comportant :

- une étape d'accumulation au cours de laquelle le rotor est entraîné en rotation dans un premier sens pour enrouler un brin du matériau filamentaire hélicoïdalement dans ledit premier sens autour du mandrin, un brin intermédiaire étant enroulé simultanément dans ledit premier sens autour de l'orifice central par le mécanisme d'accumulation ;

- une étape de restitution du brin intermédiaire accumulé au cours de laquelle le rotor est entraîné en rotation dans un deuxième sens pour enrouler autour du mandrin le brin de matériau filamentaire accumulé par le mécanisme d'accumulation.

Selon une autre caractéristique du procédé, l'étape de restitution est déclenchée en fonction du nombre de tours de rotor effectué lors de la première étape d'accumulation.

Selon une autre caractéristique du procédé, il comporte une étape de basculement entre les deux étapes du cycle.

Selon une autre caractéristique du procédé, pendant l'étape de basculement, le matériau filamentaire délivré par ledit rotor est fixé au mandrin.

Selon une autre caractéristique du procédé, lorsque le chariot est situé à une extrémité du mandrin , le rotor situé le plus proche de ladite extrémité, dit rotor proximal, change de sens de rotation, tandis que le rotor plus éloigné de ladite extrémité, dit rotor distal, conserve le même sens de rotation de manière à ce que le matériau filamentaire délivré par le rotor distal fixe le matériau filamentaire délivré par le rotor proximal en le serrant contre le mandrin .

Selon une autre caractéristique du procédé, il comporte une phase de chauffage qui est réalisée postérieurement à la phase d'enroulement filamentaire, le matériau filamentaire ayant été préalablement imprégné d'une résine, la phase de chauffage comportant une opération de chauffage à une température de traitement supérieure ou égale à une température de réticulation de la résine, par exemple de l'ordre de 150°C.

Selon une autre caractéristique du procédé, le mandrin est réalisé en un matériau présentant une température de fusion inférieure à la température de traitement.

L'invention concerne aussi un ressort hélicoïdal réalisé par la mise en œuvre du procédé selon les enseignements de l'invention, le ressort présentant un fil tubulaire formant des spires du ressort, le fil étant réalisé uniquement d'une enveloppe tubulaire en matériau composite obtenue par enroulement de matériau filamentaire autour d'un mandrin de forme hélicoïdale et par un matériau de matrice, tel que de la résine, le mandrin ayant été extrait lors de la phase de chauffage.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :

La est une vue de côté qui représente un dispositif d'enroulement filamentaire réalisé selon les enseignements de l'invention dans lequel un mandrin en forme de ressort hélicoïdal est agencé.

La est une vue de dessus qui représente un chariot du dispositif d'enroulement de la réalisé selon un premier mode de réalisation de l'invention, le chariot étant équipé d'un rotor à l'intérieur duquel le mandrin est reçu.

La est une vue en coupe selon le plan de coupe 3-3 de la qui représente le chariot et son rotor en début de procédé d'enroulement.

La est une vue similaire à celle de la qui représente le chariot et son rotor au début d'une étape de restitution du procédé d'enroulement filamentaire.

La est une vue similaire à celle de la qui représente le chariot et son rotor pendant une étape de restitution du procédé d'enroulement filamentaire.

La est une vue similaire à celle de la qui représente le chariot et son rotor à la fin de l'étape de restitution.

La est une vue similaire à celle de la qui représente une variante de réalisation du chariot et de son rotor.

La est une vue de détail qui représente un segment du disque de guidage du rotor équipant le chariot et, en traits interrompus, un disque de came pour commander le coulissement radial d'un arbre de rouleau tendeur.

La est une vue de côté qui représente une variante de réalisation d'une étape de basculement du procédé d'enroulement filamentaire mettant en œuvre un dispositif d'enroulement filamentaire réalisé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la représentant les chariots juste avant une opération de fixation du matériau filamentaire d'un chariot.

La est une vue similaire à celle de qui représente les chariots pendant l'opération de fixation du matériau filamentaire d'un chariot.

La est une vue similaire à celle de qui représente les chariots après l'opération de fixation du matériau filamentaire d'un chariot.

La est un schéma-bloc qui représente le procédé d'enroulement filamentaire réalisé selon les enseignements de l'invention.

La est une vue en perspective d'une portion de spire d'un ressort à l'issue d'une phase d'enroulement filamentaire du procédé réalisé selon les enseignements de l'invention.

La est une vue similaire à celle de la qui représente la portion de spire du ressort à l'issue d'une phase de chauffage du matériau composite.

Description détaillée de l'invention

Pour la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par une même référence.

Pour la suite de la description on adoptera à titre non limitatif une orientation axiale qui est dirigée parallèlement à l'axe "A1" du mandrin 14, des orientations radiales qui s'étendent orthogonalement à l'axe "A1" du mandrin 14 depuis l'axe "A1" du mandrin 14, à l'intérieur, vers l'extérieur en s'éloignant de l'axe "A1" du mandrin 14. On adoptera aussi des orientations tangentielles qui sont dirigés orthogonalement aux directions axiale et radiales.

On a représenté à la un dispositif 10 d'enroulement filamentaire en continu d'un matériau 12 filamentaire autour d'un mandrin 14 s'étendant le long d'un axe "A1" principal.

Le matériau 12 filamentaire est par exemple formé par un fil, par un ruban ou par tout matériau long, continu et souple qui est susceptible d'être enroulé de manière continue autour d'un mandrin 14. Dans l'exemple représenté aux figures, le matériau 12 filamentaire est formé d'un fil, réalisé par exemple en fibres de carbone, en fibres de verre, ou en fibres tout autre matériau présentant des caractéristiques mécaniques adaptées. Une réserve de matériau 12 filamentaire est ici stockée par enroulement autour d'une bobine 16.

Le mandrin 14 peut présenter un axe "A1" principal rectiligne ou curviligne. Il s'agit ici d'un mandrin 14 formé par un ressort hélicoïdal qui présente donc un axe "A1" principal curviligne s'étendant plus précisément hélicoïdalement autour d'un axe "A2" de révolution. Le mandrin 14 s'étend ainsi hélicoïdalement autour d'un puits 18 cylindrique central, représenté en traits interrompus, présentant un diamètre "D1" interne. En outre, deux spires adjacentes du mandrin 14 sont ici écartées, selon une direction parallèle à l'axe "A2" de révolution, d'une distance "D2". La distance "D2" est ici inférieure au diamètre "D1" interne.

Le dispositif 10 d'enroulement filamentaire comporte un support 20 de mandrin destiné à recevoir le mandrin 14 de manière fixe. Le support 20 de mandrin comporte ici deux mors 22 qui sont agencés chacun à une extrémité axiale du mandrin 14. Chaque mors 22 est fixé au mandrin 14, par exemple au moyen de pattes de fixation. Le mandrin 14 est ainsi maintenu fixe par rapport au support 20. Le support 20 est lui-même porté par un bâti 21 fixe, représenté schématiquement à la , qui repose sur le sol.

Le dispositif 10 d'enroulement comporte aussi au moins un chariot 24. Dans l'exemple représenté à la , on a représenté un dispositif 10 d'enroulement comportant un seul chariot 24.

En variante, le dispositif 10 d'enroulement comporte deux chariots 24 qui sont ici identiques. Le deuxième chariot 24 est indiqué en traits interrompus à la .

Le chariot 24 porte au moins un rotor 26 d'enroulement qui comporte un orifice 28 central d'axe "A3". L'axe "A3" central de l'orifice 28 est destiné à être agencé de manière globalement coaxiale à l'axe "A1" du mandrin 14 pendant les opérations d'enroulement filamentaire. Le rotor 26 est monté à rotation sur le chariot 24 autour de son axe central, dit par la suite axe "A3" de rotation. Les termes "globalement coaxiale" signifient que l'axe "A3" de rotation du rotor 26 peut être légèrement excentré, par exemple de l'ordre de 1 mm ou moins, par rapport à l'axe "A1" principal du mandrin 14, au moins ponctuellement par exemple pour franchir un coude formé par l'axe "A1" principal du mandrin 14, l'axe "A3" de rotation demeurant cependant parallèle à la portion du mandrin 14 qui traverse le rotor 26.

Il est prévu de pouvoir commander la rotation du rotor 26 dans les deux sens par rapport au chariot 24. A cet effet, le dispositif 10 d'enroulement filamentaire comporte des moyens commandés d'entraînement en rotation du rotor 26 dans les deux sens autour de son axe "A3" de rotation. Il s'agit par exemple d'un moteur électrique (non représenté), dit moteur d'enroulement, qui peut transmettre son énergie de rotation par un moyen de transmission quelconque, tel qu'un galet et/ou un engrenage et/ou une courroie ou tout autre moyen connu. Il s'agit ici d'une courroie 27 qui coopère avec une poulie 25.

Comme représenté à la , le chariot 24 comporte ici deux flasques 24A, 24B identiques parallèle qui s'étendent dans un plan orthogonal à l'axe "A3" de rotation du rotor 26. Les flasques 24A, 24B sont fixés à une distance déterminée l'un de l'autre. Chaque flasque 24A, 24B comporte un bras 32 qui s'étend selon une direction orthogonale à celle de l'axe "A3" de rotation du rotor 26. A une extrémité libre du bras 32 est agencé un anneau 29. Les anneaux 29 sont en coïncidence l'un avec l'autre selon la direction de l'axe "A3" de rotation.

Le rotor 26 est plus particulièrement monté à rotation sur les anneaux 29. Le rotor 26 est par exemple guidé en rotation sur les anneaux 29 par l'intermédiaire de paliers de roulement (non représentés).

Le rotor 26 comporte par exemple au moins deux disques 26A, 26B annulaires, dits disques 26A, 26B de guidage, dont chacun est monté à rotation sur l'anneau 29 d'un des flasques 24A, 24B associé. Les deux disques 26A, 26B de guidage sont fixés l'un à l'autre par des moyens qui seront détaillés par la suite.

L'ensemble formé par les anneaux 29 et le rotor 26 délimite un œil 30 central qui présente des dimensions suffisantes pour contenir chaque section du mandrin 14 autour desquelles un enroulement est destiné à être effectué. L'œil 30 est ici délimité par le bord interne des anneaux 29 du chariot 24.

En variante non représentée de l'invention, l'œil 30 est délimité au moins en partie par un bord interne du rotor 26.

Dans un premier mode de réalisation représenté aux figures 3 à 6, chaque disque 26A, 26B de guidage du rotor 26 présente une forme annulaire fermée. Les anneaux 29 présentent aussi une forme de cercle fermé. En ce cas, le mandrin 14 est inséré dans l'œil 30 central par l'une de ses extrémités axiales. Un tel mode de réalisation requiert ainsi que le mandrin 14 présente, à au moins l'une de ses extrémités axiales, des dimensions compatibles avec les dimensions de l'œil 30 central.

Dans un deuxième mode de réalisation représenté à la , les disques 26A, 26B du rotor 26 présentent une forme annulaire ouverte par un segment 34. Les anneaux 29 présentent une ouverture 36 identique. Ainsi, lorsque le segment 34 et l'ouverture 36 sont en coïncidence, l'œil 30 central présente une ouverture, de préférence dirigée à l'opposé du bras 32, destinée à permettre l'insertion radiale du mandrin 14 dans l'œil 30. Ceci permet ainsi de réaliser des enroulements autour de mandrins 14 présentant à leurs extrémités des zones ne permettant pas l'insertion axiale dans l'œil 30. Ces zones d'extrémité ne sont bien entendu pas destinées à recevoir d'enroulement du matériau 12 filamentaire.

Le chariot 24 et le support 20 de mandrin sont montés mobiles l'un par rapport à l'autre le long de l'axe "A1" principal du mandrin 14. Le chariot 24 est ainsi susceptible d'effectuer plusieurs allers et retours, ou "battements", le long du mandrin.

Le chariot 24 se déplace de manière que le tronçon de l'axe "A1" principal du mandrin 14 reçue dans l'œil 30 central, dit tronçon actuel, et l'axe "A3" de rotation du rotor 26 soient globalement coaxiaux. Le terme "coaxial" englobe ici le cas où l'axe "A3" de rotation est tangent à l'axe "A1" principal lorsque le tronçon actuel est curviligne.

Le chariot 24 est plus particulièrement mobile en coulissement relativement au mandrin 14, c'est-à-dire que le chariot 24 ne tourne pas autour de l'axe "A1" principal du tronçon actuel du mandrin 14 lors de son déplacement. Seul le rotor 26 est animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe "A3" de rotation pour permettre l'enroulement du matériau 12 filamentaire. On comprendra qu'en fonction de la forme de l'axe "A1" principal du mandrin 14, le chariot 24 puisse être amené à pivoter ponctuellement autour de l'axe "A1" du mandrin 14 uniquement pour pouvoir continuer son coulissement le long du mandrin 14 et sans que ce pivotement ne soit assimilable à une rotation ayant pour but l'enroulement du matériau 12 filamentaire autour du mandrin 14.

Le chariot 24 est aussi mobile en translation orthogonalement à l'axe "A1" principal du mandrin "14" comme cela est indiqué par les flèches "Fc" de la .

Le support 20 de mandrin est ici monté rotatif autour de l'axe "A2" de révolution du ressort par rapport au bâti 21, comme représenté par les flèches "Fr" de la , tandis que le chariot 24 est monté coulissant en translation selon une direction parallèle à l'axe "A2" de révolution du ressort par rapport au bâti, comme indiqué par les flèches "Ft" de la .

En variante non représentée de l'invention, le support 20 est ici monté fixe par rapport au bâti 21 du dispositif 10 d'enroulement filamentaire. Le chariot 24 est monté coulissant le long de l'axe "A1" du mandrin 14, sans rotation autour dudit axe "A1" de sorte que le déplacement du chariot 24 ne provoque pas d'enroulement du matériau 12 filamentaire autour du mandrin 14.

En variante non représentée de l'invention, le support 20 est monté mobile par rapport au bâti tandis que le chariot 24 est fixe par rapport au bâti. Comme représenté à la , le dispositif 10 d'enroulement filamentaire comporte au moins un support 38 de bobine qui est destiné à recevoir la bobine 16 comportant une réserve de matériau filamentaire. Il s'agit par exemple d'une broche permettant la rotation de la bobine 16, notamment lorsque le matériau 12 filamentaire se déroule par l'extérieur. Il peut aussi s'agir d'un autre type d'un support 38 qui permet le déroulement du matériau 12 filamentaire par l'intérieur de la bobine 16.

Le rotor 26 comporte un organe 40 de guidage qui est solidaire en rotation avec ledit rotor 26 et qui permet de guider un brin du matériau filamentaire se déroulant de la bobine 16, dit brin 12A tangentiel, vers l'intérieur de l'œil 30 central tangentiellement jusqu'au mandrin 14 pour l'enrouler autour du mandrin 14 par rotation du rotor 26 d'enroulement. En référence à la , l'organe 40 de guidage est ici formé par une plaque s'étendant d'un disque 26A, 26B de guidage à l'autre et fixée aux dits disques 26A, 26B de guidage. La plaque est équipée d'un orifice qui permet de faire passer la fibre radialement vers l'intérieur de l'œil 30.

Avantageusement, mais pas obligatoirement, les déplacements dans un plan orthogonal à l'axe "A1" principal du mandrin 14 permettent notamment de maintenir une distance réduite entre l'organe 40 de guidage et la surface du mandrin 14, incluant la couche de matériau filamentaire enroulé. Par exemple, les déplacements du chariot 24 dans le plan orthogonal à l'axe "A1" sont commandés de manière que la distance entre l'organe 40 de guidage et la surface du mandrin 14 soit sensiblement constante tout au long du procédé d'enroulement filamentaire. Dans ce cas, l'axe "A3" de rotation du rotor 26 peut être légèrement excentré, par exemple de l'ordre de 1 mm ou moins, par rapport à l'axe "A1" principal du mandrin 14.

Le rotor 26 d'enroulement est monté rotatif autour de son axe "A3" de rotation par rapport au support 38 de bobine. En d'autres termes, le support 38 de bobine n'est pas solidaire en rotation avec le rotor 26 d'enroulement.

Selon le mode de réalisation représenté à la , le support 38 de bobine est monté fixe sur le chariot 24. Ce mode de réalisation est particulièrement approprié lorsque le chariot 24 est mobile par rapport au sol. Cela permet notamment d'éviter d'emmêler le matériau 12 filamentaire en cas de mouvements complexes du chariot 24. Le support 38 de bobine est ici destiné à recevoir la bobine 16 selon un axe parallèle à l'axe"A3" de rotation du rotor 26.

Le support 38 de bobine est aussi monté fixe par rapport au sol.

Pour permettre de guider le matériau 12 filamentaire depuis la bobine 16 jusqu'au rotor 26, le bras 32 du chariot comporte au moins un anneau 41 de guidage qui est formé d'un plaque trouée similaire à celle de l'organe 40 de guidage. L'anneau 41 de guidage s'étend d'un flasque 24A, 24B à l'autre. Il est ici fixé auxdits flasques 24A, 24B pour former un tirant de fixation.

Par préjugé, un tel agencement est évité dans l'état de la technique car lors la rotation du rotor 26, l'organe 40 de guidage crée un point d'appui mobile qui provoque l'emmêlement d'une partie du matériau 12 filamentaire autour de l'organe 40 de guidage et du mandrin 14. L'invention permet de tourner ce qui apparaît comme un inconvénient rédhibitoire en avantage permettant d'obtenir un chariot 24 d'enroulement filamentaire peu encombrant permettant de réaliser des enroulements autour de mandrins 14 de formes complexes.

En effet, un tel chariot 24 dont le rotor 26 n'embarque pas la bobine 16 présente un encombrement réduit. Plus particulièrement, un segment de l'anneau 29 et du rotor 26, situé à l'opposé du bras 32, présente une dimension radiale "D3" maximale qui est très inférieure au diamètre "D1" interne du mandrin 14 ainsi qu'à la distance "D2" d'écartement de deux spires.

A cet effet, le rotor 26 d'enroulement comporte aussi un mécanisme 42 d'accumulation d'un brin 12B intermédiaire du matériau 12 filamentaire situé en amont de l'organe 40 de guidage par enroulement dudit brin 12B intermédiaire autour de l'œil 30 central pour former une bobine 43 d'accumulation. Le brin 12B intermédiaire ainsi accumulé forme la bobine 43 d'accumulation qui est susceptible de glisser d'un bloc par rapport au mécanisme 42 d'accumulation lorsque le brin 12A radial est tiré sous l'effet de son enroulement autour du mandrin 14. Ainsi, la longueur de matériau 12 filamentaire se déroulant de la bobine 16 est supérieure à ce qui est nécessaire pour l'enroulement autour du seul mandrin 14, puisqu'elle comprend aussi une longueur qui vient s'enrouler autour du mécanisme 42 d'accumulation.

Le mécanisme 42 d'accumulation comporte plusieurs points d'appui répartis sur le rotor 26 autour de l'œil 30 central. Ces points d'appui permettent de réaliser une accumulation de matériau 12 filamentaire exploitable par la suite sous forme de la bobine 43 d'accumulation par enroulement en spires polygonales du brin 12B intermédiaire de matériau filamentaire à distance autour du mandrin 14 et de l'organe 40 de guidage comme cela est par exemple représenté aux figures 4 et 5. La bobine 43 d'accumulation est ainsi enroulée autour de l'axe "A3" de rotation du rotor. Lors de la rotation du rotor 26 dans un premier sens, le brin 12B intermédiaire est enroulé en étant tendu entre l'anneau 41 de guidage du bras 32 et successivement chaque point d'appui.

Le glissement du matériau 12 filamentaire par rapport au mécanisme 42 d'accumulation est nécessaire pour permettre la poursuite de l'enroulement autour du mandrin 14 du brin 12B radial en même temps que l'opération d'accumulation par enroulement d'une longueur croissante de brin 12B intermédiaire autour du mécanisme 42 d'accumulation. Pour favoriser le glissement du matériau 12 filamentaire par rapport aux points d'appui du mécanisme 42 d'accumulation, les points d'appui du mécanisme 42 d'accumulation sont ici formés par des rouleaux 42A, 42B qui sont montés rotatifs sur le rotor 26 autour d'axes parallèles à l'axe "A3" de rotation du rotor 26.

Chaque point d'appui est ainsi formé par un rouleau 42A, 42B dont un arbre 44 de rotation s'étend d'un disque 26A, 26B de guidage à l'autre. Les rouleaux 42A, 42B sont répartis autour de l'œil 30 central.

Au moins l'un des rouleaux du mécanisme 42 d'accumulation, dit rouleau 42A tendeur, comporte un arbre 44 qui est monté mobile radialement sur le rotor 26. Dans le mode de réalisation représenté aux figures, le rotor 26 comporte ici cinq rouleaux 42A tendeurs. Les rouleaux 42A tendeurs sont commandés entre une position radiale interne, c'est-à-dire au plus proche de l'axe "A3" de rotation du rotor 26, comme cela est illustré aux figures 3 et 6, et une position radiale externe, c'est-à-dire plus éloignées de l'axe "A3" de rotation du rotor 26, comme cela est illustré à la et 5.

Seuls deux rouleaux du mécanisme 42 d'accumulation, dits rouleaux 42B fixes, présentent ici un axe qui est monté fixe sur le rotor 26. Plus particulièrement, chaque extrémité de l'arbre 44 de chaque rouleau 42B fixe est fixée à l'un et l'autre des disques 26A, 26B de guidage. Les deux rouleaux 42B fixes sont agencés l'un à côté de l'autre, de manière à délimiter un espace tangentiel qui est agencé radialement au droit de l'organe 40 de guidage.

En variante non représentée de l'invention, l'enroulement du matériau 12 filamentaire autour des rouleaux 42A, 42B est par exemple régulé au moyen d'un mécanisme de bobinage de fibre connu en soit et qui ne sera donc pas décrit plus en détails par la suite. Par exemple, l'anneau 41 de guidage est monté mobile selon une direction parallèle à l'axe "A3" de rotation du rotor 26 par rapport au bras 32 de manière à permettre de répartir régulièrement le matériau filamentaire autour du mécanisme 42 d'accumulation.

Comme cela est représenté à la , les rouleaux 42A tendeurs sont guidés en translation radiale au moyen de rainures 46 qui s'étendent radialement dans chaque disque 26A, 26B de guidage. Chaque rainure 46 reçoit un tronçon de l'arbre 44 de rotation d'un rouleau 42A tendeur.

Le déplacement radial des rouleaux 42A tendeurs est commandé de manière active car leur vitesse et/ou leur amplitude de déplacement radiale est susceptible de varier en fonction de l'épaisseur de matériau 12 filamentaire enroulé autour du mandrin 14.

En référence à la , le rotor 26 comporte ici au moins un disque 48 de came qui est agencé contre un des disques 26A de guidage. Ici, le rotor 26 comporte deux disques 48 de came dont chacun est agencé contre un disque 26A, 26B de guidage associé. Le disque 48 de came comporte des cames, ici sous forme de rainures 50 obliques, recevant un tronçon de l'arbre 44 de rotation d'un rouleau 42A tendeur associé. La rotation du disque 48 de came par rapport aux disques 26A, 26B de guidage autour de l'axe "A3" de rotation permet de faire coulisser radialement dans un sens ou dans l'autre les arbres 44 des rouleaux 42A tendeurs dans les rainures.

La rotation du disque 48 de came est par exemple commandée au moyen d'un moteur électrique, par exemple par l'intermédiaire des moyens d'entraînement mécanique, ici une courroie 52 et une poulie 54. En régulant la rotation des moteurs l'une par rapport à l'autre, il est ainsi possible d'entraîner la rotation du disque 48 de came sur seulement une fraction de tour pendant un tour complet du rotor 26 par rapport au disque 26A de guidage.

En variante non représentée, la rotation du disque de came peut aussi être entraînée par le moteur d'enroulement. En ce cas, un dispositif permettant de modifier la vitesse transmise au disque de came est interposé entre le moteur d'enroulement et le disque de came. Il s'agit par exemple d'un mécanisme de différentielle ou d'une boîte de vitesses à changement continu qui est par exemple commandé par un moteur électrique distinct du moteur d'enroulement.

Le dispositif 10 d'enroulement comporte aussi un mécanisme 56 tendeur qui permet de maintenir une tension constante dans le brin 12C de matériau filamentaire qui s'étend entre la bobine 16 et l'organe 41 de guidage. Dans l'exemple représenté à la , il s'agit d'un dispositif comportant au moins une poulie 58 fixe et au moins une poulie 60 mobile. Le mécanisme 56 tendeur comporte ici six poulies 58 fixes et trois poulies 60 mobiles. Les poulies 58 fixes sont alignées en une première rangée sur un support 62 fixe. Les poulies 60 mobiles sont alignées selon une deuxième rangée parallèle à la première rangée de poulies 58 fixes. Les poulies 60 mobiles sont montées à rotation sur une rampe 64 mobile entre une position proximale dans laquelle l'écart entre la première rangée et la deuxième rangée est minimal et une position distale dans laquelle l'écart entre la première rangée et la deuxième rangée est maximal. Le brin 12C de matériau filamentaire est agencé en zigzag en s'étendant alternativement autour d'une poulie 58 fixe puis d'une poulie 60 mobile. En écartant les poulies 60 mobiles vers leur position distale, il est ainsi possible d'augmenter la tension dans le brin 12 de matériau filamentaire, tandis qu'en rapprochant les poulies 60 mobiles vers leur position proximale, il est possible de réduire la tension. Un tel mécanisme 56 tendeur présente l'avantage de permettre d'absorber un relâchement de la tension dans le matériau filamentaire lors d'une étape de restitution comme cela sera expliqué par la suite.

Un tel mécanisme 56 tendeur peut être associé à un dispositif (non représenté) de freinage du matériau filamentaire qui agit par exemple par frottement avec un brin de matériau filamentaire ou avec la bobine 16.

En variante non représentée de l'invention, le mécanisme tendeur peut être remplacé et/ou assisté par un moteur qui commande la rotation de la bobine 16. Un tel dispositif est particulièrement avantageux et peu encombrant lorsque la bobine est embarquée sur le bras. Dans ce cas, la rotation de la bobine est commandée par un moteur qui permet de maintenir la tension, voire de rembobiner une partie du brin lors d'une étape de restitution comme cela sera expliqué plus en détails par la suite.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 1 à 7, le dispositif 10 d'enroulement filamentaire comporte un seul chariot 24 équipé de son rotor 26 tel que cela a été décrit précédemment.

On décrit à présent un procédé de réalisation d'un objet en matériau composite mettant en œuvre le dispositif 10 d'enroulement réalisé selon le premier mode de réalisation de l'invention en référence à la .

Ce procédé comporte notamment une phase "P1" d'enroulement filamentaire.

Préalablement au début de la phase "P1" d'enroulement filamentaire, le mandrin 14 est monté sur le support 20 et enfilé à l'intérieur de l'œil 30. Un brin d'extrémité libre de matériau 12 filamentaire est extrait de la bobine 16, préalablement installée sur son support 38, puis passé dans le mécanisme 56 tendeur et par l'anneau 41 de guidage. Le brin est reçu dans l'espace délimité entre les deux rouleaux 42B fixes depuis l'extérieur vers l'intérieur avant d'être enfilé dans l'organe 40 de guidage après renvoi angulaire autour de l'un des rouleaux 42B fixes. Le brin d'extrémité libre est tiré et fixé à une extrémité du mandrin 14 comme cela est représenté à la .

Puis, la phase "P1" d'enroulement filamentaire est débutée. Au cours de cette phase "P1" d'enroulement filamentaire, le chariot 24 se déplace par allers et retours successifs, ou battements, le long de l'axe "A1" principal du mandrin 14 depuis une extrémité à l'autre du mandrin 14.

La phase "P1" d'enroulement filamentaire comporte au moins un cycle comportant une première étape "E1" d'accumulation et une étape "E2" de restitution. Ces cycles sont destinés à être répétés jusqu'à ce que la quantité désirée de matériau 12 filamentaire ait été enroulée autour du mandrin 14.

Pendant ces cycles, le rotor 26 est entraîné en rotation, dans un sens ou dans l'autre par le moteur d'enroulement simultanément avec le déplacement par battements du chariot 24. La rotation du rotor 26 provoque l'enroulement du matériau 12 filamentaire autour du mandrin 14, tandis que le déplacement du chariot 24 permet de réaliser un enroulement en hélice du matériau 12 filamentaire autour dudit mandrin 14. Le rapport entre la vitesse de rotation du rotor 26 et la vitesse de déplacement du chariot 24 permet de déterminer l'angle d'hélice de l'enroulement.

Pendant la première étape "E1" d'accumulation, le rotor 26 est entraîné en rotation dans un premier sens, ici antihoraire, en référence à la , pour enrouler un brin du matériau 12 filamentaire hélicoïdalement dans ledit premier sens, indiqué par la flèche "F1", autour du mandrin 14. Cet enroulement provoque une tension dans le matériau 12 filamentaire qui se déroule automatiquement de la bobine 16. La tension du matériau filamentaire est gérée au moyen du mécanisme 56 tendeur. Un brin 12B intermédiaire du matériau 12 filamentaire est enroulé simultanément dans ledit premier sens autour de l'œil 30 par le mécanisme 42 d'accumulation.

En début d'étape "E1" d'accumulation, les rouleaux 42B tendeurs occupent leur position interne.

La longueur de matériau 12 filamentaire nécessaire à l'enroulement autour du mandrin 14 et à l'accumulation par le mécanisme 42 d'accumulation est tirée simultanément de la bobine 16. Le brin 12B intermédiaire enroulé autour du mécanisme 42 d'accumulation forme alors la bobine 43 d'accumulation. Le glissement du matériau 12 filamentaire par rapport au mécanisme 42 d'accumulation, notamment par roulement des rouleaux 42A, 42B permet de poursuivre l'enroulement autour du mandrin 14 pendant l'accumulation. Plus particulièrement, la totalité de la bobine 43 d'accumulation formée par l'enroulement du brin 12B intermédiaire glisse de manière solidaire autour des rouleaux 42A, 42B, sans glissement d'une spire de ladite bobine 43 d'accumulation par rapport à l'autre. Le matériau 12 filamentaire continu notamment à coulisser librement dans l'organe 40 de guidage du fait de la position des rouleaux 42A fixes qui permettent d'empêcher le matériau 12 filamentaire de venir s'emmêler autour de l'organe 40 de guidage.

La bobine 43 d'accumulation formée par l'enroulement du brin 12B intermédiaire autour du mécanisme 42 d'accumulation se déroule ainsi par l'intérieur pour venir s'enrouler autour du mandrin 14. De ce fait le diamètre interne de la bobine 43 d'accumulation augmente en même temps que son diamètre externe en fonction du nombre de tours effectués par le rotor 26. Le diamètre interne augmente cependant à une vitesse inférieure à celle du diamètre externe. Pour maintenir le brin 12B intermédiaire tendu autour des rouleaux 42A, 42B les rouleaux 42B tendeurs sont donc déplacés progressivement vers leur position externe au cours de l'étape "E1" d'accumulation.

Lorsque la longueur de brin 12B intermédiaire accumulé est suffisante ou lorsque le diamètre externe de la bobine 43 d'accumulation est suffisant, par exemple après un temps déterminé, ou après un nombre de tours déterminé, l'étape "E1" d'accumulation est arrêtée.

De manière générale, l'étape "E1" d'accumulation est arrêtée lorsque le chariot 24 atteint un point du mandrin 14 pour lequel les propriétés du matériau composite ne sont pas recherchées. Il s'agira par exemple d'un tronçon du mandrin 14 qui pourra être coupé par la suite ou qui ne subira pas de contraintes mécaniques aussi élevées que le reste du tronçon ayant subi l'enroulement filamentaire.

En général, l'étape "E1" d'accumulation est arrêtée à la fin d'un aller ou d'un retour, lorsque le chariot 24 est à l'une ou l'autre des extrémités du mandrin 14, comme c'est ici le cas.

En variante, l'étape "E1" d'accumulation est arrêtée sur un tronçon intermédiaire du mandrin 14.

Une étape "Eb" de basculement est alors enclenchée. Lors de cette étape "Eb" de basculement, l'extrémité du brin 12B tangentiel du matériau filamentaire qui est au contact du mandrin 14 est fixée au mandrin 14. Selon ce premier mode de réalisation, la fixation est ici effectuée par collage du matériau 12 filamentaire par exemple au moyen d'un point 58 de colle. L'opération de fixation est par exemple effectuée manuellement. Pour réaliser cette opération de fixation, le déplacement du chariot 24 et la rotation du rotor 26 sont temporairement interrompus.

A l'issue de l'étape "Eb" de basculement, une étape "E2" de restitution du brin 12B intermédiaire accumulé pendant la première étape "E1" d'accumulation est déclenchée. Au cours de cette étape de restitution, le chariot 24 reprend ses déplacements par allers et retours successifs. Lorsque l'étape "Eb" de basculement a été effectuée sur un tronçon d'extrémité du mandrin 14, le chariot 24 reprend ses déplacements dans une direction opposée par rapport à la direction qu'il suivait juste avant son arrêt, tandis que lorsque l'étape "Eb" de basculement a été effectuée sur un tronçon intermédiaire du mandrin 14, le chariot 24 peut poursuivre son déplacement dans la même direction par rapport à la direction qu'il suivait juste avant son arrêt.

Le rotor 26 est entraîné en rotation dans un deuxième sens, inverse du premier sens, pour enrouler le brin 12B intermédiaire de matériau filamentaire accumulé par le mécanisme 42 d'accumulation pendant l'étape "E1" d'accumulation autour du mandrin 14 dans ledit deuxième sens, comme représenté par la flèche "F2" des figures 4, 5 et 6. Le fait d'avoir fixé le brin 12B radial au mandrin 14 pendant l'étape "Eb" de basculement permet au mandrin 14 de retenir le matériau 12 filamentaire pendant la rotation du rotor 26 dans l'autre sens créant un point d'ancrage nécessaire à l'enroulement.

Pendant cette étape "E2" de restitution, sensiblement aucun matériau 12 filamentaire n'est plus tiré de la bobine 16. Seul le brin 12B intermédiaire accumulé se déroule par l'intérieur. Ainsi, la bobine 43 d'accumulation formée par l'enroulement du brin 12B intermédiaire autour du mécanisme 42 d'accumulation se déroule ainsi par l'intérieur pour venir s'enrouler autour du mandrin 14.

Cependant, du fait de la différence de dimensions entre le diamètre interne et le diamètre externe de la bobine 43 d'accumulation, une partie du brin 12B intermédiaire se déroule par l'extérieur de la bobine 43 d'accumulation. Pour maintenir la tension en amont de la bobine 43 d'accumulation, le mécanisme 56 tendeur est commandé de manière à absorber la partie de fibre déroulée de la bobine 43 d'accumulation. De ce fait le diamètre interne de la bobine 43 d'accumulation augmente, tandis que son diamètre externe diminue en fonction du nombre de tours effectués par le rotor 26.

Pendant cette étape "E2" de restitution, les rouleaux 42B tendeurs sont progressivement commandés pour poursuivre leur déplacement vers leur position externe, comme représenté par les flèches "F3" à la , de manière à maintenir le brin 12B intermédiaire accumulé sous tension en permanence.

Lorsque la totalité du brin 12B intermédiaire accumulé a été déroulée, comme cela est représenté à la , le cycle est terminé. L'étape "Eb" de basculement est réitérée avant le début d'un nouveau cycle. La rotation du rotor 26 peut être effectuée dans le premier sens lors de l'étape "E1" d'accumulation puis dans le deuxième sens lors de l'étape "E2" de restitution comme cela a été décrit précédemment. En variante, le nouveau cycle peut être réitéré en inversant les sens de rotation du rotor 26 dans chaque étape "E1" et "E2". Ainsi, le rotor 26 pourra tourner dans le deuxième sens lors de l'étape "E1" d'accumulation puis dans le premier sens dans l'étape "E2" de restitution.

Comme indiqué par la référence "C", le cycle est réitéré dans cet ordre jusqu'à ce que la quantité de matériau 12 filamentaire désirée ait été enroulée autour du mandrin 14.

A l'issue de la phase "P1" d'enroulement filamentaire, on obtient ainsi un objet intermédiaire formé par un enroulement de matériau 12 filamentaire autour du mandrin 14.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 9 à 13 et en traits interrompus à la , le dispositif 10 d'enroulement filamentaire comporte un premier rotor 26-1 et un deuxième rotor 26-2. Les deux rotors 26-1 et 26-2 sont chacun porté par un chariot 24 tel que cela a été décrit précédemment. Bien que cela ne soit pas représenté pour le deuxième rotor 26-2, chaque rotor 26-1 et 26-2 est associé à sa propre bobine 16 avec la même structure et le même agencement que décrits pour le rotor 26 du premier mode de réalisation.

Les deux chariots 24 se déplacent de concert. Dans ce cas, les deux rotors 26-1 et 26-2 sont agencés à distance fixe l'un de l'autre. Ils sont agencés l'un à la suite de l'autre selon la direction de l'axe "A1" du mandrin 14. La rotation de chacun des rotors 26-1 et 26-2 est commandée de manière indépendante de manière que les rotors 26-1 et 26-2 puissent tourner dans le même sens ou dans deux sens opposés.

La phase "P1" d'enroulement pour chacun des rotors 26-1, 26-2 est similaire à la phase "P1" d'enroulement filamentaire réalisée selon le premier mode de réalisation de l'invention. Ainsi, chaque rotor 26 fonctionne selon un cycle comportant une étape "E1" d'accumulation et une étape "E2" de restitution. Une étape "Eb" de basculement est intercalée entre chaque étape "E1, E2" d'accumulation et de restitution comme représenté à la .

Cependant, à la différence la phase "P1" d'enroulement filamentaire précédemment décrite, l'étape "Eb" de basculement consiste ici à bloquer sur le mandrin 14 le matériau 12 filamentaire délivré par l'un des rotors 26 au moyen du matériau 12 filamentaire délivré par l'autre rotor 26. A cet effet, les cycles de chacun des rotors 26-1, 26-2 sont déphasés.

Ainsi, comme représenté à la , dans un premier temps, les deux rotors 26-1 et 26-2 tournent de manière synchrone dans le même sens indiqué par les flèches "F4-1, F4-2".

Lorsque la longueur de brin 12B intermédiaire accumulé sur un des rotors 26, par exemple le premier rotor 26-1, est suffisante, l’étape de basculement pour ce premier rotor 26-1 commence lorsque ledit rotor 26-1 est situé à l'extrémité 60 correspondante, ici à droite, du mandrin 14 en référence à la . Ledit premier rotor 26-1 est alors situé le plus proche de ladite extrémité 60. Il sera donc qualifié de rotor 26-1 proximal pour décrire la suite de l'étape "Eb" de basculement. Le deuxième rotor 26-2, plus éloigné de ladite extrémité, sera donc appelé rotor 26-2 distal.

Lorsque le rotor 26-1 proximal arrive en bout de course, comme indiqué à la , le chariot 24 s'arrêt temporairement. Le rotor 26-1 proximal s'arrête alors temporairement de tourner, tandis que le rotor 26-2 continu à tourner, comme indiqué par la flèche "F4-2", pour enrouler du matériau 12-2 filamentaire autour du brin de matériau 12-1 filamentaire qui vient d'être enroulé autour du mandrin 14 par le rotor 26-1 proximal. Cette opération permet de bloquer le brin de matériau 12-1 filamentaire du rotor 26-1 proximal sur le mandrin 14 pour former un point 62 d'ancrage.

Puis, le chariot 24 reprend son déplacement vers l'autre extrémité du mandrin 14 comme représenté à la . Le rotor proximal 26-1 change de sens de rotation, comme indiqué par la flèche "F4-1", tandis que le rotor 26-2 distal conserve le même sens de rotation "F4-2". Le rotor 26-1 proximal peut donc poursuivre l'opération d'enroulement autour du mandrin 14 en sens opposé sans risque de desserrage du matériau 12-1 filamentaire déjà enroulé sur le mandrin 14 grâce au point d'ancrage 62.

Le passage d'une étape du cycle à l'autre pour le deuxième rotor 26-2 sera effectué de la même manière ultérieurement, lorsque le deuxième rotor 26-2 sera à proximité de l'autre extrémité du mandrin 14. Le premier rotor 26-1 formera alors le rotor distal tandis que le deuxième rotor 26-2 formera le rotor proximal.

Postérieurement à la phase "P1" d'enroulement filamentaire, une phase "P2" de chauffage est enclenchée. Au cours de cette phase "P2" de chauffage, l'objet intermédiaire est soumis à une opération de traitement thermique.

Préalablement à cette phase "P2" de chauffage, le matériau 12 filamentaire de l'objet intermédiaire obtenu à l'issue de la phase "P1" d'enroulement filamentaire est imprégné d'un matériau à l'état liquide servant de matrice. Il s'agit d'un matériau thermodurcissable tel que de la résine, par exemple de la résine époxy thermodurcissable. Comme expliqué précédemment, l'imprégnation du matériau 12 filamentaire peut être réalisée avant son enroulement autour du mandrin 14, en faisant passer un brin du matériau 12 filamentaire dans un bac de matériau servant de matrice, ou après son enroulement autour du mandrin 14, en faisant infuser l'objet intermédiaire dans un bac de matériau servant de matrice, par exemple par un procédé d'imprégnation sous vide bien connu.

La phase de chauffage comporte une opération de chauffage qui consiste à exposer l'objet intermédiaire à une température de traitement supérieure ou égale à une température de réticulation de la résine, par exemple de l'ordre de 150°C.

Lors de cette opération de chauffage, l'objet intermédiaire est tout d'abord soumis à une première température de gélification au cours de laquelle le matériau servant de matrice, ici de la résine, est gélifié, c'est-à-dire qu'il prend une consistance beaucoup plus visqueuse que lors de son imprégnation autour du matériau 12 filamentaire. La température de gélification est par exemple de l'ordre de 80°C. Après exposition suffisamment longue à cette température de gélification, le matériau 12 filamentaire est susceptible de maintenir sa forme enroulée, même en l'absence de mandrin 14.

Puis, l'objet intermédiaire est soumis à une deuxième température de traitement qui correspond à une température supérieure ou égale à une température de réticulation du matériau servant de matrice, ici de la résine. Après exposition suffisamment longue à cette température de traitement, le matériau servant de matrice est durci par polymérisation. La température de réticulation est par exemple d'environ 150°C. Le matériau composite formé par le matériau 12 filamentaire et le matériau servant de matrice est alors rigide et résistant. L'objet est ainsi fini.

L'objet obtenu par ce procédé peut intégrer le mandrin 14. En ce cas, le mandrin 14 est réalisé en un matériau qui demeure solide à la température de traitement de la phase "P2" de chauffage. L'objet comporte ainsi le mandrin 14 recouvert d'une enveloppe 70 tubulaire de matériau composite formé par le matériau 12 filamentaire enroulé durant le procédé et le matériau durci de la matrice.

L'objet obtenu par ce procédé peut aussi être réalisé uniquement en matériau composite formé du matériau 12 filamentaire et du matériau servant de matrice. En ce cas, le mandrin 14 doit être extrait de l'objet. L'objet comporte ainsi uniquement une enveloppe 70 tubulaire de matériau composite formé par le matériau 12 filamentaire enroulé durant le procédé et le matériau durci de la matrice.

Lorsque le mandrin 14 présente une forme ne permettant pas son extraction à l'état solide, le mandrin 14 est avantageusement réalisé en un matériau présentant une température de fusion inférieure à la température de traitement. La température de fusion du matériau constituant le mandrin 14 est avantageusement supérieure à la température de gélification afin que le matériau servant de matrice soit suffisamment visqueux pour maintenir la forme du matériau 12 filamentaire enroulé même lorsque le mandrin 14 passe en phase liquide. Le mandrin 14 est par exemple réalisé en cire ou encore en un matériau métallique présentant une température de fusion comprise entre la température de gélification et la température de réticulation.

Un tel dispositif 10 d'enroulement filamentaire réalisé selon l'un ou l'autre des modes de réalisation de l'invention permet avantageusement de réaliser des enroulements autour de mandrins présentant des formes complexes ne permettant pas le passage de chariots plus encombrants. En outre, il est possible de réaliser un tel enroulement sans avoir besoin de changer la bobine 16 fréquemment puisque cette bobine 16 peut contenir autant de matériau 12 filamentaire que nécessaire, l'encombrement de la bobine 16 n'étant pas un facteur limitant pour le passage du chariot 24 le long du mandrin 14.

Le dispositif 10 d'enroulement et le procédé de réalisation associé sont susceptibles d'être utilisés pour réaliser un ressort en matériau composite. Il s'agit d'un ressort de compression dont les spires ne sont pas jointives. Les spires sont formées par un fil enroulé hélicoïdalement comme représenté à la . L'invention permet notamment d'obtenir un ressort présentant un fil tubulaire. On a en effet constaté que les principales caractéristiques mécaniques d'un ressort sont fournies par une partie périphérique du fil. Une partie centrale du fil ne présentant aucun intérêt en termes de résistance et d'élasticité, le fait de réaliser un ressort présentant un fil tubulaire permet d'obtenir un ressort plus léger présentant des caractéristiques mécaniques équivalentes à celles d'un ressort de dimensions identiques réalisées avec un fil plein.

Pour réaliser un tel ressort, il est possible de disposer d'un mandrin 14 tubulaire, comme cela est représenté aux figures 3 à 6. En ce cas, le mandrin 14 peut être intégré au ressort final obtenu à l'issue du procédé de réalisation. Le fil tubulaire formant le ressort 66 est ainsi formé du mandrin 14 tubulaire et de son enveloppe 70 tubulaire en matériau composite.

Selon une variante représentée aux figures 13 et 14, le ressort 66 est réalisé uniquement en matériau composite, le matériau composite étant formé du matériau 12 filamentaire lié au moyen d'une matrice. Le fil tubulaire formant le ressort 66 est alors formé uniquement par l'enveloppe 70 tubulaire de matériau composite, le mandrin 14 ayant été extrait.

La matrice est ici formée de résine thermodurcissable par chauffage, par exemple de la résine époxy thermodurcissable.

Le matériau 12 filamentaire est par exemple formé par une fibre de carbone à haute tenue mécanique, telle que les produits T300 ou T700 produits par la société Toray ou les produits AS4 ou AS7 produits par la société Hexcel.

En variante, le matériau 12 filamentaire est formé par une fibre de verre à haute résistance mécanique.

Le ressort 66 est formé d'un fil en matériau composite formant un tube hélicoïdal creux. Le fil est plus particulièrement formé par l'enveloppe 70 en matériau composite obtenue par le procédé de réalisation de l'invention. Pour permettre de réaliser la forme tubulaire du fil, le mandrin 14 est avantageusement réalisé en un matériau présentant une température de fusion comprise entre la température de gélification de la résine, par exemple environ 80°C, et sa température de réticulation, par exemple environ 150°C.

Le mandrin 14 est avantageusement réalisé en un matériau qui présente une phase solide à température ambiante, par exemple aux alentours de 25°C, lors du procédé d'enroulement, et il présente une phase liquide lors de l'étape de chauffage pour durcir la matrice du matériau composite, par exemple à une température comprise entre 80°C et 150°C par exemple entre 100°C et 120°C.

Le mandrin 14 est avantageusement réalisé en matériau métallique. Il est ainsi possible d'obtenir le mandrin 14 par déformation d'un fil rectiligne dudit matériau métallique, par exemple en l'enroulant hélicoïdalement autour d'un cylindre avec le pas d'hélice désiré.

On a représenté à la un objet intermédiaire correspondant à une portion de spire du ressort 66 obtenu après la phase "P1" d'enroulement filamentaire et avant la phase "P2" de chauffage. On voit l'enveloppe 70 de matériau composite agencée autour du mandrin 14. La résine n'est cependant pas encore durcie.

Cet objet intermédiaire subit la phase "P2" de chauffage pour réaliser le durcissement de la résine. Le mandrin 14 passe d'une phase solide à une phase liquide. Lorsque le matériau formant le mandrin 14 est passé en phase liquide au cours de la phase "P2" de chauffage, il peut être évacué de l'intérieur de l'enveloppe 70 tubulaire en matériau composite à travers l'une de ses extrémités par gravité et/ou par injection d'un fluide sous pression à une extrémité du ressort 66 tubulaire qui chasse ledit matériau par l'autre extrémité du ressort tubulaire.

On a représenté à la , une portion de spire du ressort 66 obtenu à l'issue de la phase "P2" de chauffage. On voit que le mandrin 14 a été extrait et que le fil du ressort 66 est formé uniquement de l'enveloppe 70 en matériau composite.

Un tel ressort 66 est avantageusement léger tout en présentant des propriétés mécaniques d'élasticité et de résistance particulièrement adaptée à l'usage du ressort, par exemple pour former un ressort d'amortisseur de véhicule automobile.

Claims (18)

1. Dispositif (10) d'enroulement filamentaire continu autour d'un mandrin (14) s'étendant le long d'un axe (A1) principal, rectiligne ou curviligne, le dispositif (10) comportant :
   - un support (20) de mandrin sur lequel le mandrin (14) est destiné à être fixé ;
   - un chariot (24) qui est monté mobile en coulissement par rapport au support (20) de mandrin le long de l'axe (A1) principal du mandrin (14) ;
   - au moins un rotor (26) d'enroulement qui comporte un orifice (28) central destiné à recevoir le mandrin (14) et qui est monté rotatif sur le chariot (24) autour d'un axe (A3) de rotation coaxial à l'orifice (28) central ;
   - au moins un support (38) de bobine qui est destiné à recevoir une bobine (16) comportant une réserve de matériau (12) filamentaire ;
   - un organe (40) de guidage qui est solidaire en rotation avec le rotor (26) d'enroulement et qui permet de guider un brin du matériau filamentaire, dit brin (12A) radial, se déroulant de la bobine (16) vers l'orifice (28) central pour l'enrouler autour du mandrin (14) par rotation du rotor (26) d'enroulement ;
   caractérisé en ce que le rotor (26) d'enroulement est monté rotatif autour de son axe (A3) de rotation par rapport au support (38) de bobine, le rotor (26) d'enroulement comportant un mécanisme (42) d'accumulation d'un brin (12B) intermédiaire du matériau (12) filamentaire situé directement en amont de l'organe (40) de guidage par enroulement dudit brin (12B) intermédiaire autour de l'orifice (28) central pour former une bobine (43) d'accumulation, la bobine (43) d'accumulation étant susceptible de glisser par rapport au mécanisme (42) d'accumulation pour permettre l'enroulement du brin (12A) radial autour du mandrin (14).
2. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support (38) de bobine est monté sur le chariot (24).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (38) de bobine est monté fixe par rapport au support (20) de mandrin.
4. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme (42) d'accumulation comporte une pluralité de rouleaux (42A, 42B) qui sont montés rotatifs sur le rotor (26) et qui sont répartis autour de l'orifice (28) central.
5. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins l'un des rouleaux du mécanisme (42) d'accumulation, dit rouleau (42B) tendeur, est monté mobile radialement sur le rotor (26).
6. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les déplacements radiaux de l'au moins un rouleau (42B) tendeur sont commandés activement.
7. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor (26) présente une forme annulaire fermée.
8. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rotor (26) présente une forme annulaire ouverte par un segment (34) destiné à permettre l'insertion radiale du mandrin (14) dans l'orifice (28) central.
9. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens commandés d'entraînement en rotation du rotor (26) dans les deux sens autour de son axe (A3) de rotation.
10. Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux rotors (26-1, 26-2) agencés l'un à la suite de l'autre selon la direction de l'axe (A1) du mandrin (14).
11. Procédé de réalisation d'un objet en matériau composite mettant en œuvre le dispositif (10) d'enroulement filamentaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une phase (P1) d'enroulement filamentaire au cours de laquelle le chariot (24) se déplace par allers et retours successifs le long de l'axe (A1) du mandrin (14) qui est reçu dans l'orifice (28) central du rotor, caractérisé en ce que la phase (P1) d'enroulement filamentaire comporte au moins un cycle comportant :
    - une étape (E1) d'accumulation au cours de laquelle le rotor (26) est entraîné en rotation dans un premier sens pour enrouler un brin du matériau (12) filamentaire hélicoïdalement dans ledit premier sens autour du mandrin (14), un brin (12B) intermédiaire étant enroulé simultanément dans ledit premier sens autour de l'orifice (28) central par le mécanisme (42) d'accumulation ;
    - une étape (E2) de restitution du brin (12B) intermédiaire accumulé au cours de laquelle le rotor (26) est entraîné en rotation dans un deuxième sens pour enrouler autour du mandrin (14) le brin (12B) de matériau filamentaire accumulé par le mécanisme (42) d'accumulation.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape (E2) de restitution est déclenchée en fonction du nombre de tours de rotor (26) effectué lors de la première étape (E1) d'accumulation.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (Eb) de basculement entre les deux étapes (E1, E2) du cycle.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que pendant l'étape (Eb) de basculement, le matériau (12) filamentaire délivré par ledit rotor (26) est fixé au mandrin (14).
15. Procédé selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 10, caractérisé en ce que lorsque le chariot (24) est situé à une extrémité du mandrin (14), le rotor (26-1, 26-2) situé le plus proche de ladite extrémité, dit rotor proximal, change de sens de rotation, tandis que le rotor (26-1, 26-2) plus éloigné de ladite extrémité, dit rotor distal, conserve le même sens de rotation de manière à ce que le matériau (12) filamentaire délivré par le rotor distal fixe le matériau filamentaire délivré par le rotor proximal en le serrant contre le mandrin (14).
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte une phase (P2) de chauffage qui est réalisée postérieurement à la phase (P1) d'enroulement filamentaire, le matériau (12) filamentaire ayant été préalablement imprégné d'une résine, la phase (P2) de chauffage comportant une opération de chauffage à une température de traitement supérieure ou égale à une température de réticulation de la résine, par exemple de l'ordre de 150°C.
17. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le mandrin (14) est réalisé en un matériau présentant une température de fusion inférieure à la température de traitement.
18. Ressort (66) hélicoïdal réalisé par la mise en œuvre du procédé selon la revendication 17, le ressort (16) présentant un fil tubulaire formant des spires du ressort (66), le fil étant réalisé uniquement d'une enveloppe (70) tubulaire en matériau composite obtenue par enroulement de matériau (12) filamentaire autour d'un mandrin (14) de forme hélicoïdale et par un matériau de matrice, tel que de la résine, le mandrin (14) ayant été extrait lors de la phase de chauffage.